Устройство для регенерации паров в резервуаре с легкоиспаряющимися жидкостями

 

Изобретение используется в резервуарах с легкоиспаряющимися жидкостями в нефтеперерабатывающей и химической отраслях промышленности для сокращения потерь легкоиспаряющихся жидкостей и уменьшения загрязнения атмосферы. Устройство содержит вертикально установленный на выхлопном трубопроводе корпус с прикрепленной к нему верхним краем насадки из газопроницаемого капиллярно-пористого материала. Последняя выполнена в виде вертикальной цилиндрической обечайки, размещенной внутри корпуса с образованием кольцевого зазора и заглушенной с нижнего торца емкостью. Емкость частично заполнена абсорбентом, затопляющим нижний край насадки. Насадка выполнена многослойной из чередующихся последовательно двух слоев, материал одного из которых имеет капиллярно-пористую структуру, а материал другого - крупнопористую структуру. Внутренний и внешний слои насадки изготовлены из материала крупнопористой структуры, а вся насадка зажата между двумя опорными концентрическими цилиндрическими металлическими сетками. Устройство позволяет повысить эксплуатационные характеристики его при регенерации паров легкоиспаряющейся жидкости. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для сокращения потерь легкоиспаряющихся жидкостей и уменьшения загрязнения атмосферы при хранении и транспортировке нефтепродуктов и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и химической промышленности, а также на транспортных средствах, предназначенных для транспортировки нефтепродуктов.

Известно устройство для конденсации паров в резервуаре с легкоиспаряющимися жидкостями в виде вертикально установленного на выхлопном трубопроводе корпуса с прикрепленной к нему верхним краем насадкой из капиллярно-пористого материала [1] . Насадка выполнена в виде вертикальной цилиндрической обечайки, заглушенной с нижнего торца непроницаемой перегородкой.

При контакте выходящего из резервуара паровоздушного потока с внутренней поверхностью корпуса, охлаждаемого снаружи проточной или распыляемой водой, на внутренней поверхности корпуса образуется конденсат, который стекает вниз, попадает в насадку и насыщает ее. Пористый материал насадки с насыщающим ее конденсатом образует эффективную абсорбционную систему, при прохождении сквозь которую происходит частичное поглощение паров. Оставшаяся часть паров после прохождения сквозь насадку конденсируется на внутренней поверхности корпуса и стекает вниз, орошая насадку, в резервуар.

Недостатками данного устройства являются сложность конструкции и существенные энергозатраты, обусловленные наличием системы охлаждения, так как конденсация пара возможна только на охлаждаемой поверхности корпуса. Пористая насадка практически не оказывает влияния на интенсивность конденсации паров, поскольку она заполнена конденсатом этих же паров и сколько паров из паровоэдушного потока сконденсируется при прохождении им насадки, столько же конденсата из нее и испарится, так как отвода теплоты от насадки не происходит.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к данному изобретению является устройство в виде вертикально установленного на выхлопном трубопроводе корпуса с прикрепленной к нему верхним краем насадкой из капиллярно-пористого материала, выполненной в виде вертикальной цилиндрической обечайки [2]. Насадка размещена внутри корпуса с образованием кольцевого зазора и заглушена с нижнего торца емкостью, частично заполненной абсорбентом, затопляющим нижний край насадки.

За счет капиллярного впитывания абсорбент поднимается вверх и насыщает насадку. При фильтрации паровоздушного потока сквозь насыщенную абсорбентом насадку пары легкоиспаряющихся жидкостей поглощаются абсорбентом, который под действием воздушного потока выдавливается к внутренней поверхности насадки и по ней под действием силы тяжести стекает вниз в емкость с абсорбентом.

Данное устройство обладает недостаточно высокими эксплуатационными характеристиками вследствие капельного уноса абсорбента воздушным потоком. В момент вытекания двухфазного газожидкостного потока из насадки на ее внутреннюю поверхность образуются многочисленные микрокапли, уносимые воздушным потоком. Такие же микрокапли образуются и при прохождении воздушного потока сквозь пленку абсорбента, стекающего вниз по внутренней поверхности насадки. В результате этого капельного уноса абсорбент в емкости постепенно убывает и его необходимо постоянно добавлять.

Кроме того, вследствие присущей капиллярно-пористым материалам неоднородности структуры в насадке могут образоваться локальные сухие участки с повышенным расходом паровоздушного потока сквозь них. Это может привести к неполному улавливанию паров легкоиспаряющихся жидкостей из паровоздушного потока.

Изобретение направлено на улучшение эксплуатационных характеристик устройства. Это достигается тем, что в устройстве насадка выполнена многослойной из чередующихся последовательно двух слоев, материал одного из которых имеет капиллярно-пористую структуру, а материал другого - крупнопористую структуру, причем внутренний и внешний слои насадки изготовлены из материала крупнопористой структуры, а вся насадка зажата между двумя опорными концентрическими цилиндрическими металлическими сетками.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен вертикальный разрез устройства; на фиг. 2 - элемент насадки в точке А на фиг. 1 в увеличенном масштабе.

Позиции на чертеже обозначают: выхлопной трубопровод - 1; корпус - 2; насадка из газопроницаемого капиллярно-пористого материала - 3; кольцевой зазор - 4; емкость - 5; абсорбент - 6; дренажный патрубок - 7; внутренняя металлическая сетка - 8; внешняя металлическая сетка - 9; слой материала капиллярно-пористой структуры - 10; слой материала крупнопористой структуры - 11.

Внутренний и внешний слои 11 насадки 3 изготовлены из материала крупнопористой структуры. Вся насадка 3 зажата между двумя опорными концентрическими цилиндрическими металлическими сетками внутренней 8 и внешней 9. Внешняя сетка 9 прикреплена верхней частью к корпусу 2, а нижней частью - к емкости 5 и является конструкционным элементом, фиксирующим неподвижно насадку 3 и емкость 5 соосно корпусу 2. Внутренняя сетка 8 прикреплена верхней частью к корпусу 2 и фиксирует внутреннюю поверхность насадки 3. Насадка 3 может быть изготовлена наматыванием сразу двух слоев капиллярно-пористого 10 и крупнопористого 11 материалов на внутреннюю металлическую сетку 8.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии паровоздушного потока через устройство, поскольку нижний край насадки 3 затоплен абсорбентом, то за счет капиллярного впитывания абсорбент поднимается и насыщает насадку. Но ввиду того, что насадка выполнена многослойной с чередующимися последовательно слоями различной пористой структуры, их насыщение происходит различно. Материал слоя 10 имеет капиллярно-пористую структуру - это значит, что за счет капиллярного впитывания он полностью насыщен абсорбентом до самого верха. Для материала этого слоя капиллярное давление равно или больше давления столба абсорбента высотой, равной высоте насадки над уровнем абсорбента в емкости 5 (поэтому материал слоя 10 и называется капиллярно-пористым). Материал слоя 11 имеет крупнопористую структуру, для него капиллярное давление значительно меньше давления столба абсорбента высотой, равной высоте насадки. Поэтому в этом слое высота подъема абсорбента мала. Многослойная насадка 3 в статическом состоянии при отсутствии паровоздушного потока насыщена абсорбентом послойно: слои 10 из материала капиллярно-пористой структуры полностью насыщены абсорбентом до верхнего края насадки 3, а слои 11 из материала крупнопористой структуры практически не насыщены абсорбентом.

При большом или малом "выдохе" резервуара поток 1 паровоздушной смеси (смеси воздуха с парами легкоиспаряющихся жидкостей) из резервуара поступает в выхлопной трубопровод 1, движется вверх, обтекает емкость 5, попадает в кольцевой зазор 4 и проходит в радиальном направлении снаружи - внутрь сквозь выполненную из газопроницаемого капиллярно-пористого материала насадку 3. Под действием проходящего поперек насадки 3 потока воздуха абсорбент в виде двухфазного газожидкостного потока выдавливается из слоя 10 капиллярно-пористого материала в слой 11 крупнопористого материалы. Причем воздух протекает через наиболее крупные гладкие поровые каналы по спрямленным путям. Все неровности заполнены жидкостью, заполненные жидкостью зоны сообщаются между собой и по ним за счет капиллярного впитывания осуществляется постоянное подпитывание абсорбентом материала слоя 10.

Выдавливаемая из слоя 10 капиллярно-пористого материала жидкость в слой 11 совместно с уловленными крупнопористым материалом слоя 11 микрокаплями растекается по поверхности материала в виде микропленки, толщина которой увеличивается. Пленка по мере утолщения становится неустойчивой и распадается на отдельные капли, которые скатываются под действием силы тяжести вниз, поскольку в этом слое не образуется заполненных жидкостью зон, так как капиллярные силы недостаточны для удерживания жидкости внутри слоя.

Таким образом внутри двух соседних слоев насадки 10 и 11 осуществляется циркуляция абсорбента: под действием капиллярного впитывания он поднимается вверх по капиллярно-пористому материалу слоя 10, под действием поперечного паровоздушного потока он насыщается парами легкоиспаряющихся жидкостей и выдавливается из слоя 10 в слой 11 и затем под действием силы тяжести стекает внутри крупнопористого материала слоя 11 в емкость 5.

Последний по направлению паровоздушного потока слой 11 крупнопористого материала перед внутренней сеткой 8 обеспечивает улавливание капель абсорбента из потока очищенного воздуха на выходе из насадки 3. В многослойной насадке 3 локальные зоны течения воздуха поперек капиллярно-пористого материала слоя 10 в последовательных слоях не совпадают. Это обеспечивает равномерное перемешивание потока в слоях 11 крупнопористого материала и полное улавливание паров легкоиспаряющихся жидкостей.

При фильтрации паровоздушного потока сквозь насадку осуществляется интенсивный теплообмен между потоком и абсорбентом вследствие чрезвычайно развитой поверхности раздела фаз жидкость-воздух внутри пористой структуры. В результате этого пары легкоиспаряющихся жидкостей полностью поглощаются абсорбентом, а очищенный воздух после устройства через выхлопной патрубок 1 и дыхательный клапан выходит в атмосферу. Выделяющаяся при абсорбции паров теплота абсорбции нагревает жидкость и повышает ее температуру, но вследствие чрезвычайно интенсивного конвективного теплообмена с проходящим сквозь пористую насадку воздухом эта теплота воспринимается воздухом. Абсорбент с поглощенными парами легкоиспаряющихся жидкостей стекает вниз внутри слоев 11 крупнопористого материала. Вследствие поглощения паров и насыщения абсорбента фракциями легкоиспаряющихся жидкостей объем абсорбента в емкости 5 постепенно увеличивается. Таким образом происходят очистка паровоздушного потока и постепенное насыщение абсорбента фракциями легкоиспаряющихся жидкостей.

При большом или малом "вдохе" поток II чистого воздуха из атмосферы поступает через дыхательный клапан и движется по выхлопному трубопроводу 1 вниз, проходит в радиальном направлении изнутри - наружу сквозь насадку 3 (в направлении, противоположном потоку I). В этом случае насадка насыщена абсорбентом с поглощенным им фракциями легкоиспаряющихся жидкостей послойно: слои 10 из материала капиллярно-пористой структуры насыщены им полностью до верхнего края насадки, а слои 11 из материала крупнопористой структуры не насыщены абсорбентом. Поглощенные фракции легкоиспаряющихся жидкостей за счет интенсивного массообмена между потоком воздуха и насыщающим насадку абсорбентом испаряются в поток воздуха Затрачиваемая на испарение теплота десорбции вызывает охлаждение жидкости и понижение ее температуры, но вследствие чрезвычайно интенсивного теплообмена между потоком воздуха и жидкостью происходит подвод теплоты от воздуха. Высокая интенсивность теплообмена обусловлена чрезвычайно развитой поверхностью раздела фаз воздух-жидкость внутри пористой структуры насадки. Таким образом, поток чистого воздуха регенерирует абсорбент, насыщается парами легкоиспаряющихся жидкостей и затем по кольцевому зазору 4 и трубопроводу 1 поступает в резервуар. Вследствие десорбции фракций легкоиспаряющихся жидкостей объем абсорбента в емкости 5 постепенно уменьшается и стремится к объему исходного чистого.

Все преимущества многослойной насадки по сравнению с однослойной сохраняются и в процессе десорбции фракций легкоиспаряющихся жидкостей из абсорбента потоком чистого воздуха. Циркуляция абсорбента происходит в пределах двух соседних слоев: под действием капиллярного впитывания он поднимается вверх по капиллярно-пористому материалу слоя 10, под действием поперечного потока чистого воздуха из него испаряются фракции легкоиспаряющихся жидкостей и очищенный абсорбент выдавливается из слоя 10 в слой 11 и затем под действием силы тяжести стекает вниз внутри крупнопористого материала слоя 11 в емкость 5. Последний по направлению воздушного потока слой 11 крупнопористого материала перед внешней сеткой 9 обеспечивает улавливание капель абсорбента из потока насыщенного воздуха на выходе из насадки 3.

Таким образом, при "выдохе" происходит абсорбция паров легкоиспаряющихся жидкостей из паровоздушного потока и насыщение ими абсорбента, а при "вдохе" - десорбция фракций легкоиспаряющихся жидкостей из абсорбента и возврат их паров в поток воздуха и вместе с ними - внутрь резервуара. Ячеистая циркуляция абсорбента внутри двух соседних слоев насадки обеспечивается за счет капиллярного впитывания, воздействия паровоздушного потока и силы тяжести. Последний по направлению паровоздушного потока слой 11 крупнопористого материала обеспечивает улавливание капель абсорбента из потока воздуха на выходе из насадки.

Источники информации 1. Авт. св. СССР N 1174346, В 65 D 90/30, опубл. в БИ N 31, 1985.

2. Патент РФ N 2134654, 6 В 65 D 90/30, опубл. в БИ N 23, 1999.

Формула изобретения

Устройство для регенерации паров в резервуаре с легкоиспаряющимися жидкостями, включающее вертикально установленный на выхлопном трубопроводе корпус с прикрепленной к нему верхним краем насадкой из газопроницаемого капиллярно-пористого материала, выполненной в виде вертикальной цилиндрической обечайки, размещенной внутри корпуса с образованием кольцевого зазора и заглушенной с нижнего торца емкостью, частично заполненной абсорбентом, затопляющим нижний край насадки, отличающееся тем, что насадка выполнена многослойной из чередующихся последовательно двух слоев, материал одного из которых имеет капиллярно-пористую структуру, а материал другого - крупнопористую структуру, причем внутренний и внешний слои насадки изготовлены из материала крупнопористой структуры, а вся насадка зажата между двумя опорными концентрическими цилиндрическими металлическими сетками.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2